砂岩水力压裂裂缝扩展数值模拟分析

"砂岩水力压裂裂缝扩展的数值模拟研究" 水力压裂是石油、天然气以及页岩气等能源开采过程中的一种关键技术，通过向地下高压注入液体，以在地层中创建或扩大裂缝，提高流体的流动性和产量。这篇由杨永明和赵熙合作的论文详细探讨了在砂岩地质条件下，水力压裂裂缝扩展的数值模拟方法及其影响因素。 该研究运用了FRANC3D软件，这是一个专用于模拟岩石断裂和裂缝扩展的三维计算程序。通过此软件，研究人员构建了砂岩的水力压裂模型，并模拟了在五种不同的水平地应力环境下，砂岩裂纹的扩展过程。水平地应力是决定裂缝形成和扩展的关键参数，它直接影响到裂缝的几何形状、空间分布以及裂缝网络的复杂性。 在分析中，论文揭示了一些重要的发现。当最大和最小水平地应力相差不大时，裂缝可能在井筒周围多处同时启动，形成复杂的裂缝网络。相反，如果水平地应力差较大，裂缝倾向于形成单一的主裂缝，这有利于提高流体的通道效率。水平应力比的增加会使得起裂裂纹变得更窄但更长，这可能对压裂效果产生积极影响，因为更长的裂缝可以更有效地穿透地层，增加接触面积，从而提高生产率。 此外，论文还指出，在垂直方向上，裂缝通常在模型中部开始扩展，这可能与岩石的内在结构和应力集中有关。这一发现对于优化压裂设计和预测裂缝路径具有实际指导意义。 关键词包括采矿工程、水力压裂、砂岩、裂纹扩展和数值模拟，表明该研究不仅适用于油气开采，也对矿产资源的开发有参考价值。通过这些数值模拟研究，我们可以更好地理解和预测水力压裂过程中的裂缝动态，为优化压裂工艺、提高能源开采效率提供科学依据。 中图分类号TD845则将该研究归类于工程技术领域，特别是与地下资源开采相关的部分。通过这类深入的数值模拟，科研人员可以减少实验成本，更准确地预测压裂效果，为实际操作提供理论支持。